Kebutuhan Uap Steam Kebutuhan Bahan Kimia Kebutuhan Listrik Kebutuhan Bahan Bakar

BAB VII UTILITAS Utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya suatu proses produksi. Dalam suatu pabrik, utilitas memegang peranan yang penting. Karena suatu proses produksi dalam suatu pabrik tidak akan berjalan dengan baik jika utilitas tidak ada. Oleh sebab itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menjamin kelangsungan operasi suatu pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada pabrik pembuatan asam Sabun Transparan dari minyak kelapa sawit RBDPO dan VCO adalah sebagai berikut: 1. Kebutuhan uap steam 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan listrik 4. Kebutuhan bahan bakar 5. Unit pengolahan limbah

7.1 Kebutuhan Uap Steam

Uap digunakan dalam pabrik sebagai media pemanas. Kebutuhan uap pada pabrik pembuatan Sabun Transparan dari RBDPO dan VCO dapat dilihat dari tabel di bawah ini. Tabel 7.1 Kebutuhan Uap Steam Pabrik Pembuatan Sabun Transparan Nama Alat Kebutuhan Uap kgjam Tangki RBDPO 361,228 Tangki Saponifikasi 33,569 Tangki Pengaduk 02 82,627 Total 477,424 Steam yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 100 o C dan tekanan 1 bar. Jumlah steam yang dibutuhkan adalah 477,424 kgjam. Tambahan untuk faktor kebocoran sebesar 10 . Perry, 1999 maka uap yang hilang adalah : Universitas Sumatera Utara = 10 × 477,424 kgjam = 47,7424 kgjam Jadi total steam yang dibutuhkan = 477,424 + 47,7424 kgjam = 525,1664 kgjam Diperkirakan 80 kondensat dapat digunakan lagi, Kondensat yang digunakan = 80 x 525,1664 kgjam = 420,1331 kgjam Maka air yang dibutuhkan ketel uap adalah : = 525,1664 - 420,1331 = 105,0332 kgjam

7.2 Kebutuhan Air

Dalam proses produksi, air memegang peranan penting, baik untuk kebutuhan proses maupun kebutuhan domestik. Adapun kebutuhan air pada pabrik pembuatan Sabun Transparan dari VCO dan RBDPO ini adalah sebagai berikut: • Air untuk umpan ketel = 105,0332 kgjam • Air Proses = 331,781 kgjam • Air Pendingin : Tabel 7.2 Kebutuhan Air Pendingin pada Alat Nama Alat Kebutuhan Air kgjam Cooler E-101 7.040,737 Total 7.040,737 Air pendingin bekas digunakan kembali setelah didinginkan dalam refrigerator. Dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, maka air tambahan yang diperlukan adalah jumlah air yang hilang karena penguapan, drift loss, dan blowdown Perry, 1999. Air yang hilang karena penguapan dapat dihitung dengan persamaan: W e = 0,00085 W c T 2 – T 1 Perry, 1997 Di mana: W c = jumlah air masuk menara = 50.594,1741 kgjam T 1 = temperatur air masuk = 30 °C = 86 °F T 2 = temperatur air keluar = 40 °C = 104 °F Maka, Universitas Sumatera Utara W e = 0,00085 × 7.040,737 × 104-86 = 107,7232 kgjam Air yang hilang karena drift loss biasanya 0,1 – 0,2 dari air pendingin yang masuk ke refrigerator Perry, 1997. Ditetapkan drift loss 0,2 , maka: W d = 0,002 × 7.040,737 = 14,0814 kgjam Air yang hilang karena blowdown bergantung pada jumlah siklus sirkulasi air pendingin, biasanya antara 3 – 5 siklus Perry, 1997. Ditetapkan 5 siklus, maka: W b = 1 − S W e = 1 5 107,7232 − = 26,9308 kgjam Perry, 1997 Sehingga air tambahan yang diperlukan = W e + W d + W b = 107,7232 + 14,0814 + 26,9308 = 148,7355 kgjam • Air untuk berbagai kebutuhan Kebutuhan air domestik Kebutuhan air domestik untuk tiap orangshift adalah 40 – 100 ltrhari …... Met Calf, 1991 Diambil 100 ltrhari x jam hari 24 1 = 4.16 ≈ 4 literjam ρ air = 1000 kgm 3 = 1 kgliter Jumlah karyawan = 151 orang Maka total air domestik = 4 x 151 = 604 ltrjam x 1 kgliter = 604 kgjam Pemakaian air untuk kebutuhan lainnya dapat dilihat pada tabel 7.4 berikut. Tabel 7.4 Pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Kebutuhan Jumlah air kgjam Domestik dan kantor 604 Laboratorium 100 Kantin dan tempat ibadah 150 Poliklinik 50 Total 904 Universitas Sumatera Utara Sehingga total kebutuhan air yang memerlukan pengolahan awal adalah = 105,0332 +148,7355+ 331,781 + 904 = 2201,685176 kgjam Sumber air untuk pabrik pembuatan Sabun Transparan dari VCO dan RBDPO ini adalah dari Sungai Deli, Belawan, Propinsi Sumatera Utara. Adapun kualitas air Sungai Serayu dapat dilihat pada tabel 7.5 sebagai berikut. Tabel 7.5 Kualitas Air Sungai Deli, Belawan No Parameter Jumlah mgl 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. Alkalinitas Aluminium Arsen Bikarbonat Karbonat CO 3 Clorida Cl Calsium Ca CO 2 Bebas PH Ignation Residu Kesadahan Total Kesadahan Kalsium Kesadahan Magnesium Kekeruhan Magnesium Mg Nitrat NO 3 Suspensi Water Sulfat SO 4 Total Solid Zat Organik Tembaga Seng Zn Ferrum Cu 69,28 0,004 Tidak nyata 84,520 Tidak nyata 10,03 10,5 7,340 6,500 200,00 4,500 10,5 25,39 290 NTU 26,290 Tidak nyata Tidak nyata 99,360 216,400 2,250 Tidak nyata Tidak nyata Tidak nyata Universitas Sumatera Utara 24. 25. 26. 27. Amoniak NH 3 Timbal Pb Oksigen Terlarut Nitrit Tidak nyata Tidak nyata Tidak nyata Tidak nyata Laporan Baku Mutu Air, Bapedal Sumatera Utara, 2008 Unit Pengolahan Air Kebutuhan air untuk pabrik pembuatan Sabun Transparan dari VCO dan RBDPO diperoleh dari air sungai Deli yang terletak di kawasan pabrik. Untuk menjamin kelangsungan penyediaan air, maka di lokasi pengambilan air dibangun fasilitas penampungan air water intake yang juga merupakan tempat pengolahan awal air sungai. Pengolahan ini meliputi penyaringan sampah dan kotoran yang terbawa bersama air. Selanjutnya air dipompakan ke lokasi pabrik untuk diolah dan digunakan sesuai dengan keperluannya. Pengolahan air di pabrik terdiri dari beberapa tahap, yaitu : 1. Screening 2. Sedimentasi 3. Klarifikasi 4. Filtrasi 5. Demineralisasi 6. Daerasi

7.2.1 Screening

Tahap screening merupakan tahap awal dari pengolahan air. Adapun tujuan screening adalah Degremont, 1991: - Menjaga struktur alur dalam utilitas terhadap objek besar yang mungkin merusak fasilitas unit utilitas. - Memudahkan pemisahan dan menyingkirkan partikel-partikel padat yang besar yang terbawa dalam air sungai. Universitas Sumatera Utara Pada tahap ini, partikel yang besar akan tersaring tanpa bantuan bahan kimia. Sedangkan partikel-partikel yang lebih kecil akan terikut bersama air menuju unit pengolahan selanjutnya. 7.2.2Sedimentasi Setelah air disaring pada tahap screening, di dalam air tersebut masih terdapat partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring pada screening. Untuk menghilangkan padatan-padatan tersebut, maka air yang sudah disaring tadi dimasukkan ke dalam bak sedimentasi untuk mengendapkan partikel-partikel padatan yang tidak terlarut.

7.2.3 Klarifikasi

Klarifikasi merupakan proses penghilangan kekeruhan di dalam air. Air screening di alirkan ke dalam clarifier setelah diinjeksikan larutan alum Al 2 SO 4 3 dan larutan soda abu Na 2 CO 3. Larutan Al 2 SO 4 3 berfungsi sebagai koagulan utama dan larutan dan larutan Na 2 CO 3 sebagai koagulan tambahan yang berfungsi sebagai bahan pembantu untuk mempercepat pengendapan dengan penyesuaian pH basa dan bereaksi substitusi dengan ion – ion logam membentuk senyawaan karbonat yang kurangtidak larut. Reaksi koagulasi yang terjadi adalah Culp dkk, 1978 : Al 2 SO 4 3 . 14H 2 O + 6HCO 3- 2AlOH 3 + 3SO 4 2- + 6CO 2 + 14H 2 O Setelah pencampuran yang disertai pengadukan maka akan terbentuk flok-flok yang akan mengendap ke dasar clarifier karena gaya gravitasi, sedangkan air jernih akan keluar melimpah over flow yang selanjutnya akan masuk ke penyaring pasir sand filter untuk penyaringan. Pemakaian larutan alum umumnya hingga 50 ppm terhadap jumlah air yang akan diolah, sedangkan perbandingan pemakaian alum dan soda abu = 1 : 0,54 Baumann, 1971. Perhitungan alum dan abu soda yang diperlukan : Total kebutuhan air = 1.489,5498 kgjam Pemakaian larutan alum = 50 ppm Universitas Sumatera Utara Pemakaian larutan soda abu = 0,54 × 50 = 27 ppm Larutan alum Al 2 SO 4 3 yang dibutuhkan = 50.10 -6 × 1.489,5498 = 0,0744 kgjam Larutan abu soda Na 2 CO 3 yang dibutuhkan = 27.10 -6 × 1.489,5498 = 0,04021 kgjam

7.2.4 Filtrasi

Filtrasi dalam pemurnian air merupakan operasi yang sangat umum dengan tujuan menyingkirkan Suspended Solid SS, termasuk partikulat BOD dalam air Metcalf, 1991. Material yang digunakan dalam medium filtrasi dapat bermacam-macam : pasir, antrasit crushed anthracite coal, karbon aktif granular Granular Carbon Active atau GAC, karbon aktif serbuk Powdered Carbon Active atau PAC dan batu garnet. Penggunaan yang paling umum dipakai di Afrika dan Asia adalah pasir dan gravel sebagai bahan filter utama, menimbang tipe lain cukup mahal Kawamura, 1991. Unit filtrasi dalam pabrik pembuatan Sabun Transpara dari RBDPO dan VCO menggunakan media filtrasi granular Granular Medium Filtration sebagai berikut : 1. Lapisan atas terdiri dari pasir hijau green sand. Lapisan ini bertujuan memisahkan flok dan koagulan yang masih terikut bersama air. Lapisan yang digunakan setinggi 24 in 60,96 cm. 2. Untuk menghasilkan penyaringan yang efektif, perlu digunakan medium berpori misalnya antrasit atau marmer. Untuk beberapa pengolahan dua tahap atau tiga tahap pada pengolahan effluent pabrik, perlu menggunakan bahan dengan luas permukaan pori yang besar dan daya adsorpsi yang lebih besar, seperti Biolite, pozzuolana ataupun Granular Active CarbonGAC Degremont, 1991. Pada pabrik ini, digunakan antrasit setinggi 11,63 in 29,55 cm. 3. Lapisan bawah menggunakan batu kerikilgravel setinggi 7 in 17,78 cm Metcalf, 1991. Bagian bawah alat penyaring dilengkapi dengan strainer sebagai penahan. Selama pemakaian, daya saring sand filter akan menurun. Untuk itu diperlukan regenerasi secara berkala dengan cara pencucian balik back washing. Dari sand Universitas Sumatera Utara filter, air dipompakan ke menara air sebelum didistribusikan untuk berbagai kebutuhan. Untuk air domestik, laboratorium, kantin, dan tempat ibadah, serta poliklinik, dilakukan proses klorinasi, yaitu mereaksikan air dengan klor untuk membunuh kuman-kuman di dalam air. Klor yang digunakan biasanya berupa kaporit, CaClO 2 . Perhitungan kebutuhan kaporit, CaClO 2 : Total kebutuhan air yang memerlukan proses klorinasi = 904 kgjam Kaporit yang digunakan direncanakan mengandung klorin 70 Kebutuhan klorin = 2 ppm dari berat air Total kebutuhan kaporit = 2.10 -6 × 9040,7 = 0,002582 kgjam

7.2.5 Demineralisasi

Air untuk umpan ketel dan proses harus murni dan bebas dari garam-garam terlarut. Untuk itu perlu dilakukan proses demineralisasi, dimana alat demineralisasi dibagi atas : a. Penukar kation Berfungsi untuk mengikat logam – logam alkali dan mengurangi kesadahan air yang digunakan. Proses yang terjadi adalah pertukaran antara kation Ca, Mg, dan Mn yang larut dalam air dengan kation hidrogen dan resin. Resin yang digunakan bertipe gel dengan merek IR–22 Lorch, 1981. Reaksi yang terjadi : 2H + R + Ca 2+ Ca 2+ R + 2H + 2H + R + Mg 2+ Mg 2+ R + 2H + 2H + R + Mn 2+ Mn 2+ R + 2H + Untuk regenerasi dipakai H 2 SO 4 dengan reaksi : Ca 2+ R + H 2 SO 4 CaSO 4 + 2H + R Mg 2+ R + H 2 SO 4 MgSO 4 + 2H + R Mn 2+ R + H 2 SO 4 MnSO 4 + 2H + R Universitas Sumatera Utara Perhitungan kesadahan kation : Air Sungai Deli, Belawan mengandung kation Fe 2+ , Cd 2+ , Pb +2 , Mn 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ dan Mg 2+ , masing – masing 0 ppm; 0 ppm; 0 pp; 0 ppm; 10,5 ppm; 0,0004 ppm dan 26,290 ppm. 1 grgal = 17,1 ppm Total kesadahan kation = 0 + 0 + 0 + 0 + 10,5 + 0,0004 + 26,290 ppm = 36,7904 ppm = 36,7904 ppm17,1 = 2,151 grgal Jumlah air yang diolah = 436,8142 kgjam = 3 3 galm 264,17 kgm 997,08 kgjam 436,8142 × = 115,7311 galjam Kesadahan air = 2,151 grgal × 115,7311 galjam × 24 jamhari = 5.975,8537 grhari = 5,9758 kghari Perhitungan ukuran Cation Exchanger : Jumlah air yang diolah = 436,8142 kgjam = 115,7311 galjam = 1,9288 galmenit Dari Tabel 12.4, Nalco Water Treatment, 1988 diperoleh data – data sebagai berikut : - Diameter penukar kation = 2 ft - Luas penampang penukar kation = 3,14 ft 2 - Jumlah penukar kation = 1 unit Volume Resin yang Diperlukan Total kesadahan air = 5,9758 kghari Dari Tabel 12.2, Nalco, 1988 diperoleh : - Kapasitas resin = 5 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 6 lb H 2 SO 4 ft 3 resin Jadi, Kebutuhan resin = 3 kgft 5 kghari 5,9758 = 1,1951 ft 3 hari Universitas Sumatera Utara Tinggi resin = 14 , 3 1,1951 = 0,3806 ft Tinggi minimum resin adalah 30 in = 2,5 ft Tabel 12.4, Nalco, 1988 Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 2,5 ft × 3,14 ft 2 = 7,85 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 5,9758 kgft 5 ft 85 , 7 3 3 × = 6,5680 hari = 157,6343 jam Kebutuhan regenerant H 2 SO 4 = 5,9758 kghari × 3 3 kgft 5 lbft 6 = 7,1710 lbhari = 3,2527 kghari b. Penukar Anion Anion Excharger Penukar anion berfungsi untuk menukar anion negatif yang terdapat dalam air dengan ion hidroksida dari resin. Resin yang digunakan bermerek IRA–410. Resin ini merupakan kopolimer stirena DVB Lorch,1981. Reaksi yang terjadi : 2ROH + SO 4 2- R 2 SO 4 + 2OH - ROH + Cl - RCl + OH - Untuk regenerasi dipakai larutan NaOH dengan reaksi : R 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2ROH RCl + NaOH NaCl + ROH Perhitungan kesadahan anion : Air Sungai Serayu, Cilacap mengandung anion SO 4 2- , Cl - dan CO 3 2- masing – masing 99,360 ppm, 10,03 ppm dan 0 ppm. 1 grgal = 17,1 ppm. Total kesadahan anion = 99,360 + 10,03 + 0 ppm = 109,39 ppm 17,1 = 6,3970 grgal Jumlah air yang diolah = 436,8142 kgjam Universitas Sumatera Utara = 3 3 galm 264,17 kgm 997,08 kgjam 436,8142 × = 115,7311 galjam Kesadahan air = 6,3970 grgal × 115,7311 galjam × 24 jamhari = 17.767,9740 grhari = 17,7679 kghari Perhitungan Ukuran Anion Exchanger: Jumlah air yang diolah = 436,8142 = 1,9288 galmenit Dari Tabel 12.4., Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar anion = 1 ft - Luas penampang penukar anion = 3,14 ft 2 - Jumlah penukar anion = 1 unit Volume resin yang diperlukan: Total kesadahan air = 17,7679 kghari Dari Tabel 12.7., Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh: - Kapasitas resin = 12 kgft 3 - Kebutuhan regenerant = 5 lb NaOHft 3 resin Kebutuhan resin = 3 kgft 35 kghari 17,7679 = 0,5076 ft 3 hari Tinggi resin = 14 , 3 0,5076 = 0,1616 ft Sehingga volume resin yang dibutuhkan = 0,1616 ft × 3,14 ft 2 = 0,5076 ft 3 Waktu regenerasi = kghari 17,7679 kgft 35 ft 0,5076 3 3 × = 1 hari = 24 jam Kebutuhan regenerant NaOH = 17,7679 kghari × 3 3 kgft 35 lbft 5 = 2,5382 lbhari = 1,1513 kghari

7.2.6 Deaerator

Universitas Sumatera Utara Deaerator berfungsi untuk memanaskan air yang keluar dari alat penukar ion ion exchanger dan kondensat bekas sebelum dikirim sebagai air umpan ketel. Pada deaerator ini, air dipanaskan hingga 90°C supaya gas-gas yang terlarut dalam air, seperti O 2 dan CO 2 dapat dihilangkan, sebab gas-gas tersebut dapat menyebabkan korosi. Pemanasan dilakukan dengan menggunakan koil pemanas di dalam deaerator.

7.3 Kebutuhan Bahan Kimia

Kebutuhan bahan kimia pada pabrik pembuatan Sabun Transparan adalah sebagai berikut : 1. Al 2 SO 4 3 = 0,148 kgjam 2. Na 2 CO 3 = 0,0799 kgjam 3. Kaporit = 0,0026 kgjam 4. H 2 SO 4 = 2,4711 kghari 5. NaOH = 3,498 kghari

7.4 Kebutuhan Listrik

Tabel 7.6 Perincian Kebutuhan Listrik No. Pemakaian Jumlah Hp 1. Unit proses 200 2. Unit utilitas 100 3. Ruang kontrol dan Laboratorium 30 5. Bengkel 40 6. Penerangan Mess dan perkantoran 130 Total 500 Total kebutuhan listrik = 500 hp Faktor keamanan diambil 5, maka total kebutuhan listrik : = 1 + 0,05 x 500 hp = 525 hp = 525 hp × 0,7457 kWhp = 391,4925 kW Universitas Sumatera Utara Efisiensi generator 80 , maka : Daya output generator = 391,4925 0,8 = 489,3656 kW

7.5 Kebutuhan Bahan Bakar

Bahan bakar yang digunakan untuk ketel uap dan pembangkit tenaga listrik generator adalah minyak solar, karena minyak solar memiliki efisiensi dan nilai bakar yang tinggi. Keperluan bahan bakar generator Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb m Perry, 1999 Densitas bahan bakar solar = 0,89 kgL Perry, 1999 Daya output generator = 489,3656 kW Daya generator yang dihasilkan = 489,3656 kW ×0,9478 BtudetkW×3600 detjam = 1.669.754,576 Btujam Jumlah bahan bakar = 1.669.754,576 Btujam19860 Btulb m × 0,45359 kglb m = 38,1361 kgjam Kebutuhan solar = 38,1361 kgjam 0,89 kgltr = 42,8496 literjam Keperluan bahan bakar Ketel Uap Uap yang dihasilkan ketel uap = 1.144,4162 kgjam Panas Steam 100 C, 1 bar = 2676 kjkg Reklaitis, 1983 Panas dari dearator 90 °C, 0,7 bar = 376,8 kJkg Reklaitis, 1983 Panas kondensat 100 °C, 1 bar = 419,1 kJkg Reklaitis, 1983 Panas campuran = dearator dearator dearator condensat m H m H + × + × condensat condensat m m = Kg Kj 889 , 398 914,238 8 , 76 3 436,814 419,1 477,424 = × + × Panas di ketel = H steam - H L air yang maasuk ke boiler = 2676 – 398,889 = 2277,11 kjkg = 525,1664 kgjam × 398,889 kJkg 1,05506 kJBtu Universitas Sumatera Utara = 198.550,8882 Btujam Efisiensi ketel uap = 80 Panas yang harus disuplai ketel = 198.550,8882 Btujam0,80 = 248.188,6103 Btujam Nilai bahan bakar solar = 19860 Btulb Perry, 1999 Jumlah bahan bakar = 248.188,6103 Btujam19860 Btulb m × 0,45359 kglb m = 5,6684 kgjam Kebutuhan solar = 5,6684 kgjam0,89 kgltr = 6,3690 literjam Total Solar = 38,1361 + 6,3690 kgjam = 44,5052 KgJam = 49,2187 lJam.

7.6 Unit Pengolahan Limbah